JPH0726851B2 - Fiber-optic Sagnac interferometer for measuring rotational speed - Google Patents
Fiber-optic Sagnac interferometer for measuring rotational speedInfo
- Publication number
- JPH0726851B2 JPH0726851B2 JP2409179A JP40917990A JPH0726851B2 JP H0726851 B2 JPH0726851 B2 JP H0726851B2 JP 2409179 A JP2409179 A JP 2409179A JP 40917990 A JP40917990 A JP 40917990A JP H0726851 B2 JPH0726851 B2 JP H0726851B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- digital
- frequency
- phase shift
- modulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 35
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 33
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 19
- 102100034033 Alpha-adducin Human genes 0.000 claims description 12
- 101000799076 Homo sapiens Alpha-adducin Proteins 0.000 claims description 12
- 101000629598 Rattus norvegicus Sterol regulatory element-binding protein 1 Proteins 0.000 claims description 12
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 12
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 102100024348 Beta-adducin Human genes 0.000 description 5
- 101000689619 Homo sapiens Beta-adducin Proteins 0.000 description 5
- 101150044561 SEND1 gene Proteins 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 102100024058 Flap endonuclease GEN homolog 1 Human genes 0.000 description 3
- 101000833646 Homo sapiens Flap endonuclease GEN homolog 1 Proteins 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 101000821257 Homo sapiens Syncoilin Proteins 0.000 description 2
- 102100021919 Syncoilin Human genes 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 101100368146 Arabidopsis thaliana SYNC2 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012432 intermediate storage Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/726—Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Description
【0001】この発明は、回転速度の測定のための光フ
ァイバサニャック干渉計に関するものであり、それにお
いて光源から発しかつビーム分割により発生される2つ
の光ビームは、反対の方向にファイバコイルに照射され
かつその後再び一体にされ、それにおいて生じられる干
渉パターンは、その出力信号が干渉パターンの光強度に
対応する検出器装置により走査され、それにおいてファ
イバコイルに位置された位相変調器の助けで2つの光ビ
ームは復調個の可変信号成分から組合わされかつ基本周
波数f0=1/2t0を有する周期的方形信号により変調さ
れ、t0はファイバコイルを介した光ビームの各々の走行
時間に対応し、かつ変調のずれにおける周期的変化に関
連して、第1の信号成分は2つの動作モードの間に周波
数f0と合わせて2つの逆回転する光ビームの逆方向の交
互の位相シフトをもたらし、かつ、さらに、第2の信号
成分は、その立上りが各々走行時間t0またはt0の整数倍
数に対応する持続時間および2つの光ビームの逆方向で
ない増分の位相シフトを補償する振幅増分を有する階段
状ランプ信号であり、そこにおいて増幅された光検出器
出力信号は、周波数f0によりクロック動作される第1の
同期復調器に送られ、そこにおいて復調されかつ増幅さ
れた出力信号は、アナログ−ディジタル変換器に送ら
れ、かつディジタル化の後でディジタル積分器において
積分され、かつディジタル−アナログ変換器およびドラ
イバ増幅器を介して光ビームの逆方向でない位相シフト
を第2の信号成分を補償する位相を介して位相変調器に
与え、それにおいてスケールファクタ補正回路が与えら
れ、それは増幅された光検出器出力信号をモード反転に
合わせて復調しかつアナログスケールファクタ補正信号
を積分増幅器を介してディジタル−アナログ変換器に伝
送し、かつそれにおいて水晶発振器によりクロック動作
されるプロセッサは、第1の同期復調器、アナログ−デ
ィジタル変換器およびディジタル積分器のために制御お
よび同期化信号を供給する。The present invention relates to a fiber optic Sagnac interferometer for measuring the speed of rotation, in which two light beams originating from a light source and produced by beam splitting illuminate a fiber coil in opposite directions. The interference pattern which is produced and then recombined, the output signal of which is scanned by a detector device whose output signal corresponds to the light intensity of the interference pattern, with the aid of a phase modulator located in the fiber coil Two light beams are combined from the demodulated variable signal components and modulated by a periodic square signal having a fundamental frequency f 0 = 1 / 2t 0 , t 0 corresponding to the transit time of each of the light beams through the fiber coil And in relation to the cyclic variation in the modulation shift, the first signal component is combined with the frequency f 0 during the two operating modes to be 2 Resulting in alternating opposite phase shifts of the two counter-rotating light beams, and in addition, the second signal component has a duration and two times whose rise corresponds to a transit time t 0 or an integer multiple of t 0 , respectively. A staircase ramp signal having an amplitude increment that compensates for a non-inverse incremental phase shift of the light beam, the amplified photodetector output signal being amplified by the first synchronous demodulator clocked at frequency f 0 . To the analog-to-digital converter and, after digitization, is integrated in a digital integrator and via a digital-to-analog converter and a driver amplifier. A non-reverse phase shift of the light beam is applied to the phase modulator via the phase compensating the second signal component, where the scale factor A positive circuit is provided, which demodulates the amplified photodetector output signal for mode inversion and transmits the analog scale factor correction signal to the digital-to-analog converter via an integrating amplifier, where it is provided by a crystal oscillator. A clocked processor provides control and synchronization signals for the first synchronous demodulator, analog-to-digital converter and digital integrator.
【0002】リング干渉計としても知られる、光ファイ
バサニャック干渉計における逆方向でない位相シフトを
測定するために、印刷刊行物DE−A1−3,144,
162から、ファイバコイルの入力の領域に位置された
位相変調器に、一方では、特定の振幅を有しかつ周波数
f0=1/2t0により逆にすることができる位相のずれお
よび他方では位相のずれを同様にシフトするのこぎり波
電圧を与えることにより、たとえば回転速度を基準とし
て逆方向でない位相シフトを再調整し、t0はファイバコ
イルを介した光ビームの各々の走行時間を示すことが知
られている。補償するまたは再設定するのこぎり波電圧
のこう配(位相ランプ)は回転速度に対応し、かつした
がってΔφ0/t0に正比例し、φ0は、たとえば回転運動
により引き起こされた逆方向でない位相シフトを示す。
しかしながら実際は前記DE印刷刊行物に述べられたい
わゆる位相ランプ再設定方法を使用することはほとんど
可能でない、なぜならば回転速度の慣性測定は、特に可
逆の位相のずれ、再設定信号の振幅またはこう配および
スケールファクタの比例に関して正確さを必要とし、そ
れはアナログ回路光学において保証することができな
い。In order to measure non-reverse phase shifts in fiber optic Sagnac interferometers, also known as ring interferometers, the printed publication DE-A 1-3, 144, 144.
162 to a phase modulator located in the region of the input of the fiber coil, while having a certain amplitude and frequency
Re-adjusting non-reverse phase shifts, for example with reference to rotational speed, by providing a sawtooth voltage that can be reversed by f 0 = 1 / 2t 0 and, on the other hand, also shifts the phase shifts. However, it is known that t 0 indicates the transit time of each light beam through the fiber coil. Gradient compensation for or resetting sawtooth voltage (phase ramp) corresponds to the rotational speed, and thus directly proportional to Δφ 0 / t 0, φ 0 is the phase shift is not a reverse direction, for example caused by rotational movement Show.
In practice, however, it is hardly possible to use the so-called phase ramp resetting method described in the DE printing publication, because inertial measurement of rotational speed is particularly reversible phase shift, resetting signal amplitude or gradient and Accuracy is required with respect to scale factor proportionality, which cannot be guaranteed in analog circuit optics.
【0003】米国特許A−第4,705,399号(=
ヨーロッパ特許A1−第0,168,292号)は、前
記DE印刷刊行物において原則として述べられた光ファ
イバリング干渉計のためのランプ再設定方法の注目すべ
きさらなる開発を開示しており、それは、信号の評価お
よび条件付けのために全くディジタル的に動作し、その
ため、特に可逆の位相のずれのおよびランプ再設定信号
の正確さに関して、必要とされる信号の精度は、自動測
定範囲反転の独自の割当ておよびスケールファクタの補
正により得ることができる。先行技術に従った光ファイ
バ回転速度センサのためのディジタル位相ランプ再設定
方法の機能的原理は、第1に図14を参照して説明さ
れ、それは、簡単にされた表示において前記印刷刊行物
米国特許A−第4,705,399号の図14に従った
先行技術に対応し(また1986年光ファイバジャイロ
(Fiber Optic Gyros)、SPIE第719巻、エイチ
・シー・ルファブル(H.C.Lefevre)氏らによる、集積
光学(Integrated Optics)における「光ファイバジャ
イロスコープのための実際的解決(A practical soluti
on for the Fiber-Optic Gyroscope)」を参照された
い)、前記文献に詳細に関して参照が行なわれる。US Pat. No. 4,705,399 (=
European patent A1-No. 0,168,292) discloses a notable further development of a lamp resetting method for fiber optic ring interferometers, which was mentioned in principle in said DE printing publication. It operates entirely digitally for signal evaluation and conditioning, so that the required signal accuracy is unique to automatic measurement range reversal, especially with regard to reversible phase shift and lamp reset signal accuracy. Can be obtained by the correction of the scale factor. The functional principle of the digital phase ramp resetting method for a fiber optic rotational speed sensor according to the prior art is first explained with reference to FIG. 14, which is in a simplified representation in said printed publication US Corresponding to the prior art according to FIG. 14 of patent A-4,705,399 (also Fiber Optic Gyros, 1986, SPIE Volume 719, HCLefevre). , Integrated Optics, “A practical soluti for fiber optic gyroscopes.
on for the Fiber-Optic Gyroscope) ", reference is made to the above references for details.
【0004】前記先行技術に対応しかつ閉ファイバルー
プを有するサニャック干渉計の図14の概略的表示は、
光源L、たとえばレーザを示し、それの平行な光ビーム
はビームスプリッタST1を介して2つの光ビームに分
割され、かつ反対方向に干渉計ファイバコイルFSに照
射される。干渉計ファイバコイルFSは、好ましくは光
学モノモードファイバからなる。ビームスプリッタST
1は、ファイバコイルFSの横断の後で2つの光ビーム
を再び組合わせるためにミクサとして同時に作用する。
2つの重ね合わせされた光ビームの干渉信号は、第2の
ビームスプリッタST2およびそれの出力分岐AUSを
介して光検出器PDに通過し、それは干渉パターンの強
さを走査する。閉ファイバコイルFSにおいて反対方向
に伝搬する2つの光ビームの間の位相の差異を示すため
にΔφ0を使用すると、反対方向でない妨害がない限
り、Δφ0=0であることを保つ。位相差異Δφ0および
回転速度の間の数学的関係、光検出器(PDの入力にお
ける光パワー密度および測定感度に関して引用された文
献が参照されるべきである。そこにはまた、ファイバコ
イルFSにおける2つの逆回転する光ビームに与えられ
るべき一定の逆方向のバイアスを導入することにより、
2つ逆回転する光ビーム(光波)が位相変調器PMによ
って、干渉計の最も高い感度の動作点に、(2n+1)
π/2の角度だけ周期的にシフトされ、nは整数である
ような方法において正確であるようにどのように干渉計
の感度が増加することができるかが述べられる。この目
的のために、位相変調器PMはしたがって第1に信号φ
1(t)により励起され、それはたとえば±π/2、3
/2π、…の周期的位相シフトをもたらし、その期間は
2t0であり、t0はファイバコイルFSにおける光波の走
行時間を示す。A schematic representation of FIG. 14 of a Sagnac interferometer corresponding to said prior art and having a closed fiber loop is:
A light source L, for example a laser, is shown, whose parallel light beam is split into two light beams via a beam splitter ST1 and is applied to the interferometer fiber coil FS in opposite directions. The interferometer fiber coil FS preferably comprises an optical monomode fiber. Beam splitter ST
1 acts simultaneously as a mixer to recombine the two light beams after traversing the fiber coil FS.
The interference signal of the two superposed light beams passes through the second beam splitter ST2 and its output branch AUS to the photodetector PD, which scans the intensity of the interference pattern. The use of Δφ 0 to indicate the phase difference between two counter-propagating light beams in the closed fiber coil FS keeps Δφ 0 = 0 unless there is non-opposite interference. Reference should be made to the mathematical relationship between the phase difference Δφ 0 and the rotation speed, the photodetector (referenced to the optical power density at the input of the PD and the measurement sensitivity. There is also the fiber coil FS). By introducing a constant reverse bias to be applied to the two counter-rotating light beams,
The two counter-rotating light beams (light waves) are moved to the operating point with the highest sensitivity of the interferometer by the phase modulator PM (2n + 1).
It is described how the sensitivity of the interferometer can be increased so that it is accurate in such a way that it is periodically shifted by an angle of π / 2 and n is an integer. For this purpose, the phase modulator PM therefore firstly
Excited by 1 (t), which is, for example, ± π / 2,3
, 2π, ..., Which results in a periodic phase shift of 2t 0 , where t 0 represents the transit time of the light wave in the fiber coil FS.
【0005】図14に従った回路の場合には、位相変調
器PMへの負帰還からの逆方向でない位相シフトは、前
記米国特許において述べられるように、いわゆる位相ラ
ンプ信号により補償され、そのそのこう配はΔφ/t
0に、すなわちΔφに正比例し、それは逆方向でない位
相シフトにである。図14に従った回路の場合には、再
設定位相ランプ信号はのこぎり波または階段状信号であ
り、それにおいてのこぎり波の増幅または立上りの高さ
はΔφに等しく、またのこぎり波のまたは立上りの接続
時間は走行時間t0にまたはt0の奇数の倍数に対応する。In the case of the circuit according to FIG. 14, the non-reverse phase shift from the negative feedback to the phase modulator PM is compensated by the so-called phase ramp signal, as described in said US patent, and its Gradient is Δφ / t
It is directly proportional to 0 , ie, Δφ, which is not a reverse phase shift. In the case of the circuit according to FIG. 14, the resetting phase ramp signal is a sawtooth or step signal, in which the height of the sawtooth amplification or the rising edge is equal to Δφ and the sawtooth or rising connection is The time corresponds to the running time t 0 or an odd multiple of t 0 .
【0006】アナログ解と比べると、文献において、特
に前記米国A−第4,705,399号において述べら
れるこのディジタル位相ランプ原理は、位相変調制御信
号および位相ランプ再設定信号のスケールファクタは少
なくとも原理において補正されることと、再設定信号の
のこぎり波の増幅の正確な規定は保証されることとの決
定的な利点を有する。Compared with analog solutions, this digital phase ramp principle described in the literature, in particular in the aforementioned US Pat. No. 4,705,399, is based on the principle that the scale factor of the phase modulation control signal and the phase ramp resetting signal is at least the principle. Has the decisive advantage that it is compensated in and that an exact definition of the sawtooth amplification of the reset signal is guaranteed.
【0007】図14に従った回路の機能、すなわち周波
数f0に合わせて交代しかつ動作点を最適化する逆方向の
位相シフトおよびスケールファクタ規則化を含む階段状
ランプ再設定信号を発生することは、以下に簡単に説明
される。The functioning of the circuit according to FIG. 14, namely to generate a stepped ramp resetting signal with alternating phase shifts and scale factor regularization alternating for frequency f 0 and optimizing the operating point. Are briefly described below.
【0008】光検出器PDの出力信号VDは、インピー
ダンス変換器および増幅器A0を介して上げられ、その出
力信号VD′は同期復調器SYNCDを送り、それは走
査周波数f0=1/2t0に同期化される。復調された出力
信号は、信号VAとして増幅器Aを介して通過し、それ
は、一般に、フィルタにより、アナログ−ディジタル変
換器ADに組合わせられ、そのディジタル出力信号は、
回転速度に正比例しかつ回転の方向に関して符号情報の
項目を含む。次いで、信号VADは回路GSCに通過
し、それは本質的にディジタル積分器を含み、かつディ
ジタル位相ランプ再設定信号およびディジタル位相変調
信号からなる組合わせられた信号として、組合わせられ
た位相制御信号VSCを供給する。その後で、組合わせ
られたディジタル信号VSCは、ディジタル−アナログ
変換器DAにおいてアナログ制御電圧VCに変換され、
かつドライバ増幅器APを介して制御電圧として位相変
調器PMに伝送される。The output signal VD of the photodetector PD is raised via an impedance converter and an amplifier A 0 and its output signal VD 'feeds a synchronous demodulator SYNCD which at a scanning frequency f 0 = 1 / 2t 0 . Be synchronized. The demodulated output signal passes through amplifier A as signal VA, which is generally combined by a filter into an analog-to-digital converter AD whose digital output signal is
It contains an item of code information that is directly proportional to the speed of rotation and the direction of rotation. The signal VAD then passes to the circuit GSC, which essentially comprises a digital integrator and, as a combined signal consisting of a digital phase ramp reset signal and a digital phase modulation signal, the combined phase control signal VSC. To supply. Thereafter, the combined digital signal VSC is converted into an analog control voltage VC in a digital-analog converter DA,
Further, it is transmitted to the phase modulator PM as a control voltage via the driver amplifier AP.
【0009】信号VSCを発生するための回路GSC
は、ディジタル信号VADの中間のストレージのために
第1のメモリM1を含み、その中間にストアされた出力信
号SM1は加算器ADDの第1の入力e1に通過し、それは
第2のメモリM2にカスケードに接続される。第2のメモ
リM2に中間にストアされた出力信号VSCは、加算器A
DDの第2の入力e2に送り戻され、かつ回転速度信号の
ディジタル値に付加される。したがって、加算器ADD
の出力信号SADDは、回転角度に対応する。Circuit GSC for generating the signal VSC
Contains a first memory M 1 for intermediate storage of the digital signal VAD, the intermediately stored output signal SM 1 of which passes to the first input e 1 of the adder ADD, which is of the second type. Cascaded to memory M 2 . The output signal VSC intermediately stored in the second memory M 2 is
It is fed back to the second input e 2 of DD and added to the digital value of the rotational speed signal. Therefore, the adder ADD
The output signal SADD of 1 corresponds to the rotation angle.
【0010】位相変調信号および位相ランプ再設定信号
を発生するためのこれまで述べられた回路は、二方向性
バスBCを介して中央プロセッサCPUにより同期化さ
れかつ制御され、それは水晶安定発振器OSCに接続さ
れ、それは周波数f0を供給する。The circuit described thus far for generating the phase modulation signal and the phase ramp reset signal is synchronized and controlled by the central processor CPU via the bidirectional bus BC, which is connected to the crystal stable oscillator OSC. Connected, it supplies the frequency f 0 .
【0011】その数は特定の回転角度、たとえば4秒の
弧を指示し、そのビットは加算器ADDの容量に対応す
る、ワード当りのビットの数から離れて、前記加算器
は、出力SLにおいてバスBCを介して中央プロセッサ
CPUにオーバーフロー信号を供給する。加算器のオー
バーフロー信号に依存して、かつ発振器OSCのクロッ
ク信号に一致して中央プロセッサCPUは種々の制御お
よび同期化信号を発生し、それは、スケールファクタの
補正を可能にするために、加算機ADDのオーバフロー
に依存して、「モードA」および「モードB」の間の変
調のずれの切換えが行なわれ、それは、たとえば±π/
2の変調のずれはモードAを保持し、かつ±3/2πの
位相のずれはモードBを保持するような方法においてで
ある場合である。引用された文献において述べられるよ
うに、動作状態および異なった変調のずれの間の検出さ
れた振幅の差異は、位相ランプ信号のオーバフローの場
合のスケールファクタの誤差の測度である。このスケー
ルファクタの誤差を補正するために、図14に従った公
知の回路には、復調器SFCが装備され、それは、モー
ドA(たとえば±π/2の位相のずれ)およびモードB
(たとえば±3/2πの位相のずれ)におけるf0変調信
号の振幅の差異を検出し、かつこの復調された信号をア
ナログ補正信号SIAとして積分増幅器IAを介してデ
ィジタルル−アナログ変換器DAの補正するアナログ入
力eMに伝送する。The number indicates a particular rotation angle, for example an arc of 4 seconds, the bit of which, apart from the number of bits per word, corresponds to the capacity of the adder ADD, said adder at the output SL. The overflow signal is supplied to the central processor CPU via the bus BC. Depending on the overflow signal of the adder and in agreement with the clock signal of the oscillator OSC, the central processor CPU generates various control and synchronization signals, which enable the correction of the scale factor. Depending on the overflow of the ADD, a switching of the modulation shift between "mode A" and "mode B" takes place, which is for example ± π /
The case where the modulation shift of 2 is in the method in which the mode A is held and the phase shift of ± 3 / 2π is held in the mode B is the case. As mentioned in the cited document, the detected amplitude difference between operating conditions and different modulation shifts is a measure of the scale factor error in case of phase ramp signal overflow. In order to correct this scale factor error, the known circuit according to FIG. 14 is equipped with a demodulator SFC, which has a mode A (for example ± π / 2 phase shift) and a mode B.
A difference in the amplitude of the f 0 modulation signal at (for example, a phase shift of ± 3 / 2π) is detected, and this demodulated signal is used as an analog correction signal SIA via the integrating amplifier IA to obtain the digital-analog converter DA. Transmit to compensated analog input e M.
【0012】図14の参照により簡単に述べられてお
り、位相ランプのこう配は回転の再設定速度の測度であ
り、かつ復帰位相においてスケールファクタのための補
正信号を得るために比率1:3における変調のずれの反
転がある、光ファイバ回転速度センサのためのディジタ
ル位相ランプ再設定方法の機能的原理は、そのような寄
生回転速度測定装置の実際の動作において、以下の理由
のために実質的な困難に導く。Briefly described with reference to FIG. 14, the gradient of the phase ramp is a measure of the reset speed of rotation, and in the return phase at a ratio of 1: 3 to obtain a correction signal for the scale factor. The functional principle of the digital phase ramp resetting method for a fiber optic rotational speed sensor, with modulation shift reversal, is practical in practical operation of such a parasitic rotational speed measuring device for the following reasons: Leading to difficult.
【0013】「モードA」から「モードB」への反転
は、再設定のこぎり波信号のランプ値に、かつしたがっ
てジャイロスコープの回転角度に、直接に依存する。こ
のことについては、ランプの横断は、たとえば、約4秒
の弧の角増分に対応することができる。しかしながら、
変調信号の振幅の3倍になることを介して、かつ光検出
器信号VDの感応的信号経路における後者の寄生を介し
て、変調のずれの反転は、ジャイロスコープのバイアス
の反転をもたらす。これらの不所望の寄生効果は、図1
4に従った回路において点線および結合計数Kにより示
される。しかしながら、この変調のずれ信号の反転は回
転角度に依存するので、それはジャイロスコープの不感
帯(ロック・イン)に導く。以下に説明されるように、
この効果は、ロック・インゾーンの外側のスケールファ
クタの非直線性に導くことを示すことがまた可能であ
る。The reversal from "mode A" to "mode B" depends directly on the ramp value of the reset sawtooth signal and thus on the rotation angle of the gyroscope. In this regard, the traversing of the ramp may correspond to an angular increment of the arc of, for example, about 4 seconds. However,
The reversal of the modulation shift results in a gyroscope bias reversal, via the amplitude of the modulation signal being tripled, and via the latter parasitic in the sensitive signal path of the photodetector signal VD. These unwanted parasitic effects are shown in FIG.
4 by the dotted line and the coupling count K in the circuit according to 4. However, since the reversal of this modulation shift signal depends on the rotation angle, it leads to the dead zone (lock-in) of the gyroscope. As explained below,
It is also possible to show that this effect leads to non-linearity of the scale factor outside the lock-in zone.
【0014】印刷刊行物米国特許A−第4,705,3
99号の図13に示されるように、スケールファクタの
誤差の発生が与えられて、モードAの変調のずれの場合
にまたはモードBの変調のずれの場合に、光検出器信号
VDの異なった平均の強さIがある。この強さの差異
は、積分増幅器IAにおいて積分され、かつアナログ補
正信号をディジタル−アナログ変換器DAの入力eMに供
給する。強さにおける変化の周波数は、モードAからモ
ードBへの変化の周波数に等しく、かつしたがって、ラ
ンプ信号復帰周波数に等しく、なぜならばたとえばモー
ドAからモードBへの反転はランプオーバーフロー、す
なわち加算機ADDの信号SLにより生じられるからで
ある。この変化の周波数は回転速度に正比例し、すなわ
ち前記米国特許において説明される例に従って、2πの
復帰は5秒の弧の角増分に対応し、1Hzの復帰周波数
ではこれは5゜/hの回転速度に対応する。Printing Publication US Pat. No. 4,705,3
As shown in FIG. 13 of No. 99, given the occurrence of scale factor error, the photodetector signal VD will be different in the case of mode A modulation shift or mode B modulation shift. There is an average strength I. This difference in strength is integrated in the integrating amplifier IA and supplies the analog correction signal to the input e M of the digital-analog converter DA. The frequency of change in intensity is equal to the frequency of change from mode A to mode B and is therefore equal to the ramp signal return frequency, for example, the reversal from mode A to mode B is a ramp overflow, ie the adder ADD. This is because it is generated by the signal SL of. The frequency of this change is directly proportional to the speed of rotation, that is, according to the example described in said US patent, a return of 2π corresponds to an angular increment of the arc of 5 seconds, and with a return frequency of 1 Hz this is 5 ° / h of rotation. Corresponds to speed.
【0015】低い回転速度の場合には、この変化の周波
数は任意に低くなることができ、かつこの理由のため
に、積分増幅器IAは強さの差異の情報を含むことが稀
である。そこにおいてモードが変化しないその後の任意
に長い間隔において、積分増幅器IAはこの情報を有さ
ず、かつその入力におけるすべての小さい電気的なゼロ
の誤差は、その出力の量、すなわちスケールファクタ補
正信号SIAがドリフトすることを引き起こす。この理
由のために、低い回転速度において、スケールファクタ
は積分増幅器IAのドリフトすることを受けやすい。回
転速度の絶対値で表わされる、スケールファクタのドリ
フトすることにより引き起こされる回転速度のパーセン
テージ誤差は、低い回転速度のために小さいことが正し
い。しかしながら、第1に、回転速度における突然の急
な上昇は問題のあるようになり、なぜならばそのときス
ケールファクタはなお「誤り」であり、かつ従って少な
くともスケールファクタ制御回路がもう一度定常状態の
条件にあるまで、回転速度における高い絶対誤差はまた
生ずる。At low rotational speeds, the frequency of this change can be arbitrarily low, and for this reason the integrating amplifier IA rarely contains strength difference information. At arbitrarily long intervals thereafter, where the modes do not change, the integrating amplifier IA does not have this information, and any small electrical zero error at its input is the amount of its output, the scale factor correction signal. Causes SIA to drift. For this reason, at low rotational speeds, the scale factor is subject to drift of the integrating amplifier IA. It is correct that the percentage error of the rotational speed caused by the drift of the scale factor, expressed in absolute value of the rotational speed, is small due to the low rotational speed. However, firstly, a sudden spike in rotational speed becomes problematic, because then the scale factor is still "wrong", and thus at least the scale factor control circuit once again reaches steady state conditions. To some extent, high absolute error in rotational speed also occurs.
【0016】さて、電磁互換性測度(EMC測度)によ
って、すなわち特定的には遮蔽(図14においてドライ
バ増幅器APから位相変調器PMへの接続ラインを遮蔽
することにより示される)と、信号および電圧給電線に
フィルタを設置することにより、電磁寄生(カップリン
グファクタKによる妨害、図14参照)を除去するかま
たは少なくとも減少させることに努めることが得策であ
るように思われる。しかしながら、図14に従った公知
の干渉計の設計について特別のEMC問題があり、信号
VSCまたはVC、VC′は変調周波数f0=1/2t0を
含み、それは発振器OSCにおいてまたはプロセッサC
PUを介して発生される。しかしながら、光検出器信号
VDは、同一の周波数および位相角度による回転速度の
情報を含む。この信号は、同期復調器SYNCDにおい
て検出される。周波数f0の変調量を発生する回路のグル
ープおよび回転速度に感応性の同一の周波数の信号を伝
導する回路部分は、空間において接近して接続され、か
つ全般的に、共通の電源装置から送られなければならな
い。これは、周波数f0の電磁エネルギが感応性信号経路
(信号VD)に寄生的に入るであろう危険を明らかに与
える。信号ラインにおけるf0のためのストップフィルタ
は可能でなく、なぜならば所望の信号情報はちょうどこ
の周波数にあるからである。したがって、不所望の寄生
は、たとえば、ただ増幅器A0および同期復調器SYNC
Dを回路の残余に抗して遮蔽することにより、かつそれ
らの電源をフィルタすることにより、ある程度まで減少
することができる。Now, by means of the electromagnetic compatibility measure (EMC measure), ie in particular the shielding (shown in FIG. 14 by shielding the connection line from the driver amplifier AP to the phase modulator PM), the signal and the voltage. It appears to be a good idea to try to eliminate or at least reduce the electromagnetic parasitics (disturbances due to the coupling factor K, see FIG. 14) by installing filters in the feed line. However, there is a special EMC problem with the known interferometer design according to FIG. 14, in which the signal VSC or VC, VC 'contains the modulation frequency f 0 = 1 / 2t 0 , which is either at the oscillator OSC or at the processor C.
It is generated via PU. However, the photodetector signal VD contains rotational speed information with the same frequency and phase angle. This signal is detected in the synchronous demodulator SYNCD. A group of circuits that generate a modulation amount of frequency f 0 and a circuit portion that conducts a signal of the same frequency that is sensitive to rotational speed are closely connected in space and are generally sent from a common power supply. Have to be done. This clearly presents the danger that electromagnetic energy of frequency f 0 will enter the sensitive signal path (signal VD) parasitically. A stop filter for f 0 in the signal line is not possible because the desired signal information is exactly at this frequency. Therefore, unwanted parasitics are, for example, only amplifier A 0 and synchronous demodulator SYNC.
It can be reduced to some extent by shielding D against the rest of the circuit and by filtering their power supplies.
【0017】寄生感応性のための数の例は、当業者のた
めに特定的な問題を直ちに明らかにするであろう。信号
VCまたはVC′における周波数f0によるこのスペクト
ル成分は、一般的にわずかのVの範囲に位置される。対
比によって、回転速度信号VDにおいては、わずかのn
Vの範囲における電圧は、光出力、検出器の感応性およ
びジャイロスコープのスケールファクタに依存して、1
゜/hの回転速度に対応する。そのような大きな振幅の
差異の場合には、図12において信号VC、VC′およ
びVDの間の結合係数Kにより記号化されるように、す
べての可能なEMC測度にもかかわず不所望の寄生経路
が避けがたく、それは本来、異なった寄生振幅により、
かつしたがって信号VDにおける回転速度に対応する異
なった誤差により、厳密に言えば、動作状態モードAま
たはBに依存し、なぜならば、仮定されるように、後者
は前者より3倍高い変調振幅を有し、かつしたがって、
より強い寄生効果を有するからである。回転速度に関し
て、これらの異なった寄生振幅は、異なったジャイロス
コープのゼロ点誤差に導き、それらはバイアスBaまたは
Bbとして示され、それは瞬時の変調状態モードAまたは
モードBに依存する。A few examples for parasitic susceptibility will immediately reveal particular problems to those skilled in the art. This spectral component due to the frequency f 0 in the signal VC or VC ′ is generally located in the slight V range. By contrast, in the rotation speed signal VD, a small n
The voltage in the V range depends on the light output, the sensitivity of the detector and the scale factor of the gyroscope, which is 1
Corresponds to a rotation speed of ° / h. In the case of such large amplitude differences, undesired parasitics despite all possible EMC measures, as symbolized by the coupling coefficient K between the signals VC, VC 'and VD in FIG. The path is unavoidable, due to the different parasitic amplitudes originally
And thus, due to the different error in the signal VD corresponding to the rotational speed, strictly speaking, it depends on the operating mode A or B, since, as hypothesized, the latter has a modulation amplitude three times higher than the former. And, therefore,
This is because it has a stronger parasitic effect. With respect to rotational speed, these different parasitic amplitudes lead to different gyroscope zero point errors, which are biased by B a or
Shown as B b , which depends on the instantaneous modulation state mode A or mode B.
【0018】したがって、再設定信号のランプこう配
は、閉制御回路を介して、回転の真の入力速度Deおよび
それぞれのバイアスBaまたはBbの合計に正比例する態様
において調整され、それは変調モードAがあるかBがあ
るかに依存する。The ramp gradient of the reset signal is thus adjusted via the closed control circuit in a manner that is directly proportional to the sum of the true input speed of rotation D e and the respective bias B a or B b , which is the modulation mode. It depends on whether there is A or B.
【0019】添付の図面の図1において、De+Ba>0、
De+Bb>0およびBa>Bbが保持され、すなわち異なった
BaまたはBbがある例が示される。もしDe=const・
でると仮定されれば、そのときモードAがあるかまたは
モードBがあるかに依存して異なったランプこう配が生
じられ、なぜならばランプこう配はDe+Baに正比例する
態様においてまたはDe+Bbに正比例する態様において調
整されるからである。In FIG. 1 of the accompanying drawings, D e + B a > 0,
D e + B b > 0 and B a > B b are retained, ie different
An example with B a or B b is shown. If D e = const
If so, a different ramp gradient is created depending on whether there is a mode A or a mode B, because the ramp gradient is in direct proportion to D e + B a or D e + B This is because the adjustment is performed in a manner that is directly proportional to b .
【0020】図1に示された例においては、モードBの
間のこう配はモードAにおけるより平らであり、なぜな
らば、Bb<Baが仮定されるからである。したがって、モ
ードから独立したバイアス(Ba=Bb)のための場合より
も、モードBにおける運転休止時間tbはモードAにおけ
る運転休止時間taと比較してより大きい。しかしなが
ら、BaおよびBbだけでなく入力回転速度Deも双方のモー
ドにおけるランプこう配に影響を与えるので、モードの
パルスデュ−ティ比(Ta/Tb)はまたDeに依存する。上
に取扱われたスケールファクタの非直線性はこれから結
果として生ずる。In the example shown in FIG. 1, the gradient during mode B is flatter than in mode A because B b <B a is assumed. Accordingly, larger than for independent bias (B a = B b), the shutdown time t b in the mode B as compared to operating downtime t a in the mode A from mode. However, since B a and B b input rotation speed not only D e affect lamp gradient in both modes, Parusudeyu modes - duty ratio (T a / T b) also depends on the D e. The scale factor non-linearity dealt with above results from this.
【0021】他方では、上に述べられたロック・イン効
果は、それにおいて合計(De+Ba)または(De+Bb)が
2つのモードのために異なった符号を有する回転速度範
囲に起こり、すなわちそれは(De+Ba)>0または(De
+Bb)<0であることを保つときにである。低い回転速
度のために全く実際的なこの場合は、図2において表示
される。再設定信号のランプ(表示の明快さのために変
調なしに例示される)は、たとえば正の勾配によりモー
ドAにおいて始まり、なぜならば仮定されるように(De
+Ba)>0が適用されるからである。ランプが(上方
の)オーバフロー範囲(図14におけるオーバフロー信
号SL)に到着するときには、モードBに切り換えが行
なわれる。しかしながら、次いで制御は負のランプこう
配をトリガし、なぜならば今(De+Bb)<0であること
を保つからであり、すなわちランプ勾配はその符号を変
え、かつしたがって、オーバフロー領域を去り、かつモ
ードAがもう一度持続する。しかしながら、正のランプ
こう配が、モードBへの反転がもう一度起こるまでその
他にもう一度このモードAに属する。したがって、制御
は「捕われて」保持され、すなわち干渉計配置はロック
・インの状態にある。どんなに迅速に図2においてモー
ドAおよびBの間に表示された「ジクザクランプ」がオ
ーバフロー制限において変化するかは、制御の迅速さに
より決定され、これは一般的に非常に高い。ロック・イ
ン状態は、入力回転速度範囲のために保持され、それに
おいて特定の不等が満たされ、すなわちしたがってロッ
ク・イン範囲は|Ba−Bb|の幅を有する。On the other hand, the lock-in effect mentioned above occurs in the rotational speed range in which the sums (D e + B a ) or (D e + B b ) have different signs for the two modes. , That is, (D e + B a )> 0 or (D e
It is time to keep + B b ) <0. This case, which is quite practical due to the low rotational speed, is displayed in FIG. The ramp of the reset signal (illustrated without modulation for clarity of display) starts in mode A, for example with a positive slope, because it is assumed (D e
This is because + B a )> 0 is applied. When the lamp reaches the (upper) overflow range (overflow signal SL in FIG. 14), a switch is made to mode B. However, the control then triggers a negative ramp gradient, because it now keeps (D e + B b ) <0, ie the ramp slope changes its sign and therefore leaves the overflow region, And mode A continues again. However, the positive ramp gradient once again belongs to this mode A until another reversal to mode B occurs. Therefore, the control is "captured" and held, ie the interferometer arrangement is locked in. How quickly the "Zyza clamp" displayed between modes A and B in FIG. 2 changes in the overflow limit is determined by the speed of control, which is generally very high. The lock-in condition is retained for the input rotational speed range, in which certain inequalities are fulfilled, ie the lock-in range has a width of | B a −B b |.
【0022】ここまでに与えられた説明において、特定
のランプ値は、「変調されない」ランプφ(t)の瞬時
の値であると解釈される。このランプ値は、回転角度に
正比例し、かつ信号SADDに対応する。ランプこう配
dφ/dtは、回転角度の時間微分、すなわち回転速度
に対応する。問題とすべきことをはっきりさせるため
に、公知のランプ再設定方法の問題は、ランプ値、すな
わち回転角度の値は、動作モードAまたはBおよびした
がって異なったバイアスBaまたはBbのどちらがあるかの
ための判定基準であり、かつそれはBa≠Bbがランプ勾配
それ自体に影響を与えるためである。表示されるよう
に、スケールファクタ誤差情報は、強さにおける変化の
信号の形状であり、その周波数は回転速度に正比例し、
かつ0および約100kHzの間に変化することがで
き、それはモードAおよびモードBの間の変調のずれの
理論パルス−デューティ比が1:3であるときにであ
る。しかしながら、情報を搬送する強さにおける変化は
高い回転速度においてよりしばしば起こり、かつ結果と
して、よりよいスケールファクタ誤差情報は高い回転速
度にあるという明らかな利点は、関連の信号処理装置が
比較的高い周波数範囲を処理しなければならないという
事実により反対される。しかしながら、表示されるよう
に、他方では、ゼロの回転速度の領域において、公知の
ランプ再設定方法は、スケールファクタ誤差情報の欠如
に、かつしたがってドリフトの問題に導く。In the description given thus far, the particular ramp value is taken to be the instantaneous value of the "unmodulated" ramp φ (t). This ramp value is directly proportional to the rotation angle and corresponds to the signal SADD. The ramp gradient dφ / dt corresponds to the time derivative of the rotation angle, that is, the rotation speed. To clarify what should be the problem, the problem of the known lamp resetting method is that the lamp value, ie the value of the angle of rotation, has either operating mode A or B and thus a different bias B a or B b . , And that is because B a ≠ B b affects the ramp gradient itself. As displayed, the scale factor error information is the shape of the signal of change in intensity, whose frequency is directly proportional to the rotational speed,
And can vary between 0 and about 100 kHz, when the theoretical pulse-to-duty ratio of the modulation shift between mode A and mode B is 1: 3. However, the obvious advantage that changes in information-carrying strength occur more often at high rotational speeds and, as a result, better scale factor error information is at higher rotational speeds, is that the associated signal processor is relatively high. Against the fact that the frequency range has to be dealt with. However, as indicated, in the region of zero rotational speed, on the other hand, the known ramp resetting method leads to a lack of scale factor error information and thus to the problem of drift.
【0023】したがって、この発明の目的は、低い回転
速度、すなわち表示されたロック・イン効果の場合に光
ファイバ回転速度センサの不感帯を避けることと、スケ
ールファクタを制御する目的のために処理することが容
易である信号を得ることとである。The object of the invention is therefore to avoid dead zones of the fiber optic rotation speed sensor in the case of low rotation speeds, ie the indicated lock-in effect, and to handle for the purpose of controlling the scale factor. Is to get a signal that is easy.
【0024】目的設定を達成することへの予備ステップ
として、図1および図2の参照により既に説明されたよ
うに、回転角度の関数として変調のずれにおける自動的
変化は、スケールファクタの非直線性のおよびその範囲
が回転速度の関数であるスケールファクタ誤差情報の広
い周波数範囲の、公知の方法のロック・イン効果のラン
プオーバフローの場合の主な原因であることが認識され
た。したがって、この発明は、ランプ再設定方法を確立
するための変調方法を開発する目標に向けられ、それ
は、一方では、スケールファクタ誤差情報を得るための
オーダによりモードAからモードBへの変調のずれの反
転を、また他方では、この反転を特定的な、たとえば固
定されたタイミングにより、かつもはや回転角度の関数
としてでなく規定することとを含む。As a preliminary step towards achieving the target setting, as already explained with reference to FIGS. 1 and 2, the automatic change in the deviation of the modulation as a function of the angle of rotation causes the non-linearity of the scale factor. It has been recognized that and the range is a major cause for the lock-in effect ramp-over of the known method of wide frequency range of scale factor error information as a function of rotational speed. The present invention is therefore directed towards the goal of developing a modulation method for establishing a ramp resetting method, which, on the one hand, shifts the modulation from mode A to mode B by the order of obtaining scale factor error information. And, on the other hand, defining this inversion with a specific, eg fixed, timing and no longer as a function of the angle of rotation.
【0025】公知のランプ再設定方法から始まって、特
許請求項1の前文において特定されるように、初めに示
された包括概念に従った回転速度の測定のための光ファ
イバサニャック干渉計の場合には、この発明は、ディジ
タル積分器およびディジタル−アナログ変換器の間に
(第2の)ディジタル加算器が配置され、それには第2
の入力に第1のパルス発生器から2つの動作モードの間
の予め定められたタイミングにより逆にすることができ
る変調ずれ信号が与えられ、それは周波数f0によりクロ
ック動作され、かつ(第2の)ディジタル加算器の第2
の入力に、第1の動作モードAのために位相のずれ±π
/4に対応する信号および第2の動作モードBのために
位相のずれ±3/4πに対応する信号を伝送することに
存する。Starting from the known lamp resetting method, as specified in the preamble of claim 1, in the case of a fiber optic Sagnac interferometer for measuring the rotational speed according to the generic concept presented at the outset. According to the invention, a (second) digital adder is arranged between a digital integrator and a digital-analog converter, which comprises a second
The input of is supplied from the first pulse generator with a modulation offset signal which can be reversed by a predetermined timing between the two operating modes, which is clocked by the frequency f 0 and (the second ) Second digital adder
To the input of the phase shift ± π due to the first operation mode A
It consists in transmitting a signal corresponding to / 4 and a signal corresponding to a phase shift of ± 3 / 4π for the second operating mode B.
【0026】この発明および有利な詳細は、図面のさら
なる参照により例示的な実施例において以下により詳細
に説明される。The invention and advantageous details are explained in more detail below in exemplary embodiments with further reference to the drawings.
【0027】図14の説明からすでに知られている配置
のグループ、回路のグループおよび信号は、図3および
図4において同一の記号で参照される。読者に既に知ら
れている機能的関係の説明は、繰り返されないであろ
う。第1のステップは、図3に従った配置の動作のモー
ドを述べることである。Arrangement groups, circuit groups and signals already known from the description of FIG. 14 are referred to by the same symbols in FIGS. 3 and 4. The explanation of the functional relationships already known to the reader will not be repeated. The first step is to describe the mode of operation of the arrangement according to FIG.
【0028】光検出器PDは、干渉計の出力信号の光強
度Iを観測し、かつ対応する信号VDを供給し、それは
増幅器A0において信号VD′に増幅される。光強度信号
Iは、 (1) 周波数f0により強度ΔI0における変化に導き、
かつ信号DEMR1の助けにより、(第1の)同期化さ
れた復調器SYNCD1において検出され、それはプロ
セッサCPUにより供給されかつ出力信号VSY1と同
一の周波数のものである、回転速度のシステムのずれ。
周波数f0は、干渉計動作周波数であり、それはf0=1/
2t0により与えられ、それは、t0=nx1/cでありそ
こではn=ファイバコイルFSの光誘導材料の屈折率、
1=ファイバコイルFSにおける光路長およびc=真空
における光の速度である場合である。The photodetector PD observes the light intensity I of the output signal of the interferometer and supplies a corresponding signal VD, which is amplified in amplifier A 0 to signal VD '. The light intensity signal I leads to (1) a change in intensity ΔI 0 with frequency f 0 ,
And with the aid of the signal DEMR1, a deviation of the system of rotational speed, which is detected in the (first) synchronized demodulator SYNCD1, which is supplied by the processor CPU and is of the same frequency as the output signal VSY1.
The frequency f 0 is the interferometer operating frequency, which is f 0 = 1 /
2t 0 , which is t 0 = nx1 / c, where n = index of refraction of the light guiding material of the fiber coil FS,
1 = optical path length in fiber coil FS and c = speed of light in vacuum.
【0029】(2) 変調のずれ反転信号SMODSの
周波数により変調モードAおよびBの間の強度ΔI1(図
12参照)における変化に導き、それは、下にさらによ
り詳細に説明されかつ第2の発生器として表わされるパ
ルス発生器GEN2において発生され、かつプロセッサ
CPUにより供給された信号SYNC2を介してジャイ
ロスコープ動作周波数f0により同期化することができ
る、スケールファクタのシステムのずれ、すなわち干渉
計における電気光学位相変調器PMの位相変調のずれに
おけるずれ。この強度ΔI1における差異は、信号SMO
DSの助けによって(第2の)同期復調器SYNCD2
において検出され、かつ結果は信号VSY2であり、そ
れはスケールファクタ誤差の測度であり、かつ既に図1
4に従った回路から知られるように、積分増幅器IAを
介して、ディジタル−アナログ変換器DAのアナログ設
定入力eMに与えられる。(2) The frequency of the modulation shift inversion signal SMODS leads to a change in intensity ΔI 1 (see FIG. 12) between modulation modes A and B, which is explained in more detail below and in the second. A system deviation of scale factor, ie in an interferometer, which is generated in a pulse generator GEN2 represented as a generator and which can be synchronized by a gyroscope operating frequency f 0 via a signal SYNC2 supplied by the processor CPU. Deviation in the phase modulation deviation of the electro-optical phase modulator PM. This difference in intensity ΔI 1 is due to the signal SMO
(Second) synchronous demodulator SYNCD2 with the help of DS
, And the result is the signal VSY2, which is a measure of the scale factor error and is already in FIG.
4 via an integrating amplifier IA, as is known from the circuit according to 4., to the analog setting input e M of the digital-to-analog converter DA.
【0030】改良された明快さのために、第1の回転速
度制御回路が下に説明され、スケールファクタ制御回路
が続くであろう。 についての情報を含む。 (再び1)回転速度制御回路 回転速度制御回路のシステムのずれに対応する信号VS
Y1は、増幅器Aにおいて増幅され、かつ信号VAを供
給する。増幅器Aは、同時にフィルタを含み、それは、
全体の制御回路の技術的制御特徴を決定し、かつ制御技
術において公知の設計手順に従って寸法決めされ、この
点で、既に一度以上取扱われている印刷刊行物米国特許
A−第4,705,399号に参照が行なわれる。実際
には、出力信号VAは、入力信号VSY1の時間積分の
成分を有するであろう。信号VAは、アナログ−ディジ
タル変調器ADにおいてディジタル化され、かつ生じら
れたディジタル信号VADはメモリM1においてストア
され、これらのプロセスはバスBCを介してプロセッサ
CPUにより制御される。既に知られているように、出
力信号SM1は、さらなる加算器のよりよい微分のため
に、ここに第1の加算器ADD1として表わされる、加
算器の入力e1にに与えられる。第1の加算器ADD1の
出力信号SADD1は、メモリM2に送られ、それの出
力信号SM2は第1の加算器ADD1のさらなる入力e2
に送られ、それは完全に図14に従った公知の回路と一
致している。第1の加算器ADD1は、メモリM2およ
びバスBCを介して割当てられた制御に関連して、ラン
プ信号発生器を表示し、それはランプ信号または階段状
信号SM2を発生し、それの立上がり高さは値SM1に
対応し、それのステップの幅は光走行時間t0に対応す
る。For improved clarity, the first rotational speed control circuit will be described below, followed by the scale factor control circuit. Including information about. (1 again) Rotation speed control circuit Signal VS corresponding to system deviation of rotation speed control circuit
Y1 is amplified in amplifier A and provides signal VA. Amplifier A simultaneously includes a filter, which
The printed publication U.S. Pat. No. 4,705,399, which determines the technical control characteristics of the overall control circuit and is dimensioned according to the design procedures known in the control art, has already been dealt with more than once in this respect. Reference is made to the issue. In practice, the output signal VA will have a component of the time integral of the input signal VSY1. The signal VA is digitized in the analog-to-digital modulator AD and the resulting digital signal VAD is stored in the memory M1 and these processes are controlled by the processor CPU via the bus BC. As is already known, the output signal SM1 is applied to the input e 1 of the adder, here represented as the first adder ADD1, for better differentiation of the further adder. The output signal SADD1 of the first adder ADD1 is sent to the memory M2, whose output signal SM2 is the further input e 2 of the first adder ADD1.
, Which is in full agreement with the known circuit according to FIG. The first adder ADD1 represents, in connection with the control assigned via the memory M2 and the bus BC, a ramp signal generator, which generates a ramp signal or step signal SM2, the rising height of which Corresponds to the value SM1 and its step width corresponds to the light transit time t 0 .
【0031】第1の加算器ADD1および第2のメモリ
M2からなるディジタルプロセス装置のワード長を制限
することにより、第1の加算器ADD1の特定的な出力
値が超過されるときには、信号SM2のランプオーバフ
ローが達成され、それは、図5に概略的に表わされる。
この点で、ディジタル二進数コードのオーバフロー特性
を有利に開発することが可能である。By limiting the word length of the digital processing device consisting of the first adder ADD1 and the second memory M2, the signal SM2 of the signal SM2 is exceeded when the specific output value of the first adder ADD1 is exceeded. A ramp overflow is achieved, which is represented schematically in FIG.
In this respect, it is possible to advantageously develop the overflow characteristics of digital binary codes.
【0032】第2の信号成分SM2として示される、こ
の信号は、図14に従った公知の回路と達って、なお述
べられるであろう電気モジュールを介して光位相変調器
PMへ送られ、かつ位相シフトπRをもたらし、それ
は、上述のオーバフローにより本質的に2πの位相範囲
に制限される(図5参照)。This signal, shown as the second signal component SM2, reaches the known circuit according to FIG. 14 and is sent to the optical phase modulator PM via an electrical module which will still be described, And a phase shift π R , which is essentially limited to the 2π phase range by the overflow described above (see Figure 5).
【0033】この発明に従って、本質的に方形の変調信
号SMODが第2の加算器ADD2において信号SM2
に加えられ、したがって、組合わせられた変調信号VS
Cを生ずる。変調信号SMODは、変調信号発生器MO
Dにおいて発生され、かつジャイロスコープ周波数F0を
有する。変調信号発生器MODは、信号SYNC1を介
して、プロセッサCPUまたは発振器OSCにより同期
化される。信号SMODの振幅は、ファクタ3により変
化させることができ、それは以下にさらになおより詳細
に説明されるであろう方法においてであり、既に述べら
れた第2のパルス発生器GEN2から得られる信号SM
ODS(図6参照)を介する。信号成分SMOD(図7
参照)は、第2の加算器ADD2において信号SM2に
加えられ、かつディジタル−アナログ変換器DAにおい
てアナログに変換された後で、ドライバ増幅器APを介
して光位相変調器PMに送られる。この信号成分SMO
Dはそこに位相シフトφMをもたらし、それは、本質的
に±π/4または±3/4πである(図7参照)。した
がって、変調の振幅φMは、信号SMODSにより制限
される。上に既に説明されたように、その間に振幅が±
π/4である状態は「モードA」と呼ばれ、また±3/
4πの変調振幅におけるより大きいずれの場合には「モ
ードB」が設定される。According to the invention, the essentially rectangular modulated signal SMOD is signal SM2 in the second adder ADD2.
To the combined modulated signal VS
Produces C. The modulation signal SMOD is the modulation signal generator MO.
Generated at D and has a gyroscope frequency F 0 . The modulation signal generator MOD is synchronized by the processor CPU or the oscillator OSC via the signal SYNC1. The amplitude of the signal SMOD can be varied by a factor of 3, which is in a manner which will be explained in even more detail below, and which is obtained from the already mentioned second pulse generator GEN2.
Via ODS (see FIG. 6). Signal component SMOD (Fig. 7
(Reference) is added to the signal SM2 in the second adder ADD2, converted into analog in the digital-analog converter DA, and then sent to the optical phase modulator PM via the driver amplifier AP. This signal component SMO
D introduces therein a phase shift φ M , which is essentially ± π / 4 or ± 3 / 4π (see Figure 7). Therefore, the amplitude of modulation φ M is limited by the signal SMODS. In the meantime, the amplitude is ±
The state of π / 4 is called “mode A”, and is ± 3 /
In the case of a larger deviation in the modulation amplitude of 4π, “mode B” is set.
【0034】図3に表わされるように、変調振幅の反転
は、たとえば、2つの信号、説明されたモードAに対応
するSMOD1およびモードBに対応するSMOD2
は、説明された振幅により発生器GEN1において発生
され、かつ交互に信号SMODSにより制御される切換
えスイッチSELを介して第2の加算器ADD2の第2
の入力に信号SMODとして与えられるように、起こる
ことができる。As shown in FIG. 3, the inversion of the modulation amplitude is, for example, two signals, SMOD1 corresponding to mode A described and SMOD2 corresponding to mode B.
Is generated in the generator GEN1 with the described amplitude and via the changeover switch SEL which is alternately controlled by the signal SMODS, the second of the second adder ADD2.
Can occur as provided as signal SMOD at the input of
【0035】第2の加算器ADD2のディジタル処理ワ
ード幅は、出力信号VSCが、オーバフローの結果を起
こすことなしに、常に入力信号SM2またはSMODの
和に対応するように設計される。組合わせられた信号V
SC(図8参照)は、既に説明された態様においてディ
ジタル−アナログ変換器DAに送られ、かつ電圧信号V
Cに変換され、かつ信号VC′を形成するように増幅さ
れ、それの値は本質的には信号VSCの数値に比例す
る。電圧VC′は、光位相変換既PMにおいて、位相シ
フトΔφCをもたらす(再び図8を見られたい)。The digital processing word width of the second adder ADD2 is designed such that the output signal VSC always corresponds to the sum of the input signal SM2 or SMOD without causing the consequence of overflow. Combined signal V
SC (see FIG. 8) is sent to the digital-to-analog converter DA in the manner already described and the voltage signal V
It is converted to C and amplified to form signal VC ', the value of which is essentially proportional to the value of signal VSC. The voltage VC 'causes a phase shift Δφ C in the already phase-shifted PM (see again FIG. 8).
【0036】したがって、図3に適合してこの発明に従
って修正された回路は、以下の原理に基づく。Therefore, a circuit adapted to FIG. 3 and modified according to the invention is based on the following principle.
【0037】変換されないディジタルランプ値は、位相
角範囲2πまたは±πに対しては、有効のビットπ以上
を切捨てることにより制限される。第2の加算器ADD
2における制限されたランプには方形信号が加えられ、
それは、第1のパルス発生器GEN1、SELまたはM
ODにおいて発生され、かつ変調周波数f0を有するが、
それは、±π/4(モードA)および±3/4π(モー
ドB)の位相角値に従って振幅において反転可能であ
る。この反転は、それの周波数およびパルス−デュ−テ
ィ比が自由に選択可能である、第2のパルス発生器GE
N2により制御される。反転値は、プロセッサCPUに
より不変に予め定められ、または回転速度の関数として
制御されることができ、変調周波数f0と同調することが
理解できる。Unconverted digital ramp values are limited for the phase angle range 2π or ± π by truncating more than the significant bits π. Second adder ADD
A square signal is applied to the restricted ramp in 2,
It is the first pulse generator GEN1, SEL or M
Generated at OD and having a modulation frequency f 0 ,
It is invertible in amplitude according to phase angle values of ± π / 4 (mode A) and ± 3 / 4π (mode B). This inversion is a second pulse generator GE whose frequency and pulse-duty ratio are freely selectable.
It is controlled by N2. It can be seen that the reversal value can be invariably predetermined by the processor CPU or can be controlled as a function of the rotation speed and tuned with the modulation frequency f 0 .
【0038】干渉計を介して、位相変調器PMに送られ
る、図8に表わされた変調されたランプ信号は、前記干
渉計の出力において強度信号I(t)を生じ、それは本
質的に以下の関係を満たす。The modulated ramp signal represented in FIG. 8, which is sent via the interferometer to the phase modulator PM, produces an intensity signal I (t) at the output of said interferometer, which is essentially The following relationships are satisfied.
【0039】I(t)〜cos(Δφ(t)+Δφ
0(t)) そこではΔφ(t)=ΔφC(t)−ΔφC(t−t0)が
有効であり、ΔφC(t)は位相変調器PMにおける位
相シフトであり、かつΔφ0(t)はサニャック位相シ
フトであり、それは、回転速度に比例し、かつI (t) to cos (Δφ (t) + Δφ
0 (t)) There, Δφ (t) = Δφ C (t) −Δφ C (t−t 0 ) is effective, and Δφ C (t) is the phase shift in the phase modulator PM, and Δφ 0 (T) is the Sagnac phase shift, which is proportional to the rotational speed and
【0040】[0040]
【数1】 により与えられる。ここでは、1はファイバコイルFS
における光路の長さを示し、かつDはそれの平均直径を
示し、λは用いられる光の波長、cは空きにおける光の
速度およびΩは回転速度である。[Equation 1] Given by. Here, 1 is the fiber coil FS
Denotes the length of the optical path at, and D denotes its average diameter, λ is the wavelength of the light used, c is the speed of light in the open space and Ω is the speed of rotation.
【0041】信号Δφ(t)は図9に表わされる。図1
0は、強度における結果として生ずる変動をΔφ(t)
およびΔφ0(t)の関数として再生する。これらの2
つの図からわかるように、回転速度に比例する位相シフ
トΔφ0(t)は、強度Iが、時間間隔「I」および
「IV」において上がり、かつ時間間隔「II」、「I
II」または「V」において下りるという事実に導く。
時間I(t)による強度における結果として生ずる変動
は、図12に表わされる。The signal Δφ (t) is represented in FIG. Figure 1
0 is the resulting variation in intensity Δφ (t)
And as a function of Δφ 0 (t). These two
As can be seen from the two figures, the phase shift Δφ 0 (t) proportional to the rotational speed is such that the intensity I rises in the time intervals “I” and “IV” and the time intervals “II”, “I”.
Leads to the fact that it descends at "II" or "V".
The resulting variation in intensity with time I (t) is represented in FIG.
【0042】強度ΔI0における差異は、上述のように、
第1の同期復調器SYNCD1の助けによって検出さ
れ、かつ信号φR(図5参照)のランプこう配を制御す
る働きをし、Δφ0の効果は、位相シフトΔφの平均値
により補償され、それは同一の係数を有するが異なった
符号を有する。次いで、強度I(t)のために、 I(t)〜cos(Δφ(t))=const・ に保つ。このことから、φRのランプこう配は、回転速
度の測度であるということになる。The difference in intensity ΔI 0 is, as described above,
Detected with the help of the first synchronous demodulator SYNCD1 and serving to control the ramp gradient of the signal φ R (see FIG. 5), the effect of Δφ 0 is compensated by the average value of the phase shift Δφ, which is the same. , But with different signs. Then, for intensity I (t), keep I (t) -cos (Δφ (t)) = const. From this it follows that the ramp gradient of φ R is a measure of rotational speed.
【0043】回転速度φRの代わりに、回転角度をそれ
の積分として読出すことが有利であり得る。これは、た
とえば、第2のメモリM2の出力におけるランプ信号S
M2のまたは第1の加算器ADD1の出力信号SADD
1の上述のオーバフローを計数することにより行なうこ
とができる。オーバフローと、これから生ずる、2πだ
けの位相角度φRにおける戻りは、このプロセスにおい
て、Instead of the rotation speed φ R , it may be advantageous to read the rotation angle as its integral. This means that, for example, the ramp signal S at the output of the second memory M2
Output signal SADD of M2 or of the first adder ADD1
This can be done by counting the above-mentioned overflow of 1. Overflow and the resulting return at a phase angle φ R of only 2π are in this process
【0044】[0044]
【数2】 の角増分に対応する。ファイバコイルの直径がD=6c
mである干渉計が使用されるときには、上述の角増分α
は、おおよそ4角度秒である。このオーバフロー情報
は、たとえば、第1の加算器ADD1により、それのオ
ーバフロー出力信号SLおよびバスBCを介して、プロ
セッサCPUに与えることができ、それは、角増分を計
数する(それらを合計する)。 (再び2) スケールファクタ制御回路 上に説明されたように、第2の同期復調器SYNCD2
の出力信号VSY2は、スケールファクタ誤差の測度で
ある。この誤差信号は、積分増幅器IAに与えられ、そ
れは、制御工学の観点から寸法決めされかつスケールフ
ァクタ制御の制御工学の特性を決定するフィルタを表わ
す。出力信号SIAは、入力信号VSY2の時間積分に
対応する少なくとも1つの成分を含む。また、図14に
従った公知の回路の場合のように、信号SIAは、ディ
ジタル−アナログ変換器DAの入力eMに送られる。ディ
ジタル−アナログ変換器DAは、乗算ディジタル−アナ
ログ変換器として表わされてもよく、すなわち、それの
出力量VCは、本質的に2つの信号VSC(ディジタ
ル)およびSIA(アナログ)の積に比例する。したが
って、強度ΔI1(図12)における差異についての情報
の助けにより、信号VCの電圧のずれは、光位相変調器
PMにおける変調位相ずれは、正確に±π/4(モード
A)または±3/4π(モードB)であるような方法で
制御される。したがって、同時にオーバフロー(図5参
照)により生じられる位相φRの戻りは、正確に2πに
対応することが確実にされる。[Equation 2] Corresponds to the angular increment of. The diameter of the fiber coil is D = 6c
When an interferometer with m is used, the angular increment α
Is approximately 4 angular seconds. This overflow information can be provided to the processor CPU, for example by the first adder ADD1 via its overflow output signal SL and the bus BC, which counts the angular increments (summing them). (Again 2) Scale Factor Control Circuit As described above, the second synchronous demodulator SYNCD2
The output signal VSY2 of is a measure of the scale factor error. This error signal is fed to an integrating amplifier IA, which represents a filter that is dimensioned from a control engineering point of view and determines the control engineering characteristics of the scale factor control. The output signal SIA contains at least one component corresponding to the time integration of the input signal VSY2. Also, as in the known circuit according to FIG. 14, the signal SIA is fed to the input e M of the digital-to-analog converter DA. The digital-to-analog converter DA may be represented as a multiplying digital-to-analog converter, ie its output quantity VC is essentially proportional to the product of the two signals VSC (digital) and SIA (analog). To do. Therefore, with the help of the information about the difference in the intensity ΔI 1 (FIG. 12), the voltage shift of the signal VC, the modulation phase shift in the optical phase modulator PM is exactly ± π / 4 (mode A) or ± 3. / 4π (mode B). It is thus ensured that the return of the phase φ R caused by the overflow (see FIG. 5) at the same time corresponds exactly to 2π.
【0045】図11は、ここでは、たとえば、光位相シ
フトが望まれるより少ない程度まで現われる形式の、ス
ケールファクタ誤差の存在が与えられて、強度における
変動を決定する動作点I、II、III、IVまたはV
がどのように動作点、I′、II′、III′、I
V′、V′にシフトされるか、かつ強度ΔI1(図12)
における上述の変化がどのように生じられるかを表わ
す。適当な補正信号SIAをディジタル−アナログ変換
器DAの入力eMに送ることにより、信号VCの出力振
幅およびしたがって、光位相シフトは、所望の動作点、
I、II、III、IV、Vが再び達せられ、かつ強度
ΔI1における変化が消滅するように増加される。FIG. 11 shows here operating points I, II, III, which determine the variation in intensity, given the presence of scale factor errors, for example in the form in which the optical phase shift appears to a lesser extent than desired. IV or V
How is the operating point, I ', II', III ', I
V ', V'shifted and intensity ΔI 1 (Fig. 12)
Represents how the above changes in are produced. By sending the appropriate correction signal SIA to the input eM of the digital-to-analog converter DA, the output amplitude of the signal VC and thus the optical phase shift will be the desired operating point,
I, II, III, IV, V are reached again and increased so that the change in intensity ΔI 1 disappears.
【0046】完全さのために、図13は、さらに、バス
BCを介して第1の同期復調器SYNCD1に送られる
べき同期化信号DEMR1を示す。For completeness, FIG. 13 further shows the synchronization signal DEMR1 to be sent via the bus BC to the first synchronous demodulator SYNCD1.
【0047】図4に表わされた(部分的な)回路は、そ
れの機能のモードにおいて、図3に従ったものに完全に
対応する。唯一の差異は、第2の同期復調器が、ここで
は、印刷刊行物米国特許A−第4,705,399号の
14図に類似の態様において、それの正のまたは負の入
力に4つのサンプル−保持回路の信号VS1、VS2ま
たはVS4、VS3がより詳細に表わされない態様にお
いて与えられる、それぞれに2つの差異増幅器A14お
よびA23により形成されることである。しかしなが
ら、それを介して強度における変化の信号は最終的に積
分増幅器IAに与えられる、出力側の切換えスイッチK
2は、第2のパルス発生器GEN2の自由に選択可能で
あるが固定された出力信号SMODSにより制御され、
すなわちそれは不変に予め定められたモードのずれの反
転または変調のずれの反転に合わせてであるということ
において、公知の回路と異なる。The (partial) circuit represented in FIG. 4, in its mode of function, corresponds perfectly to that according to FIG. The only difference is that the second synchronous demodulator now has four inputs to its positive or negative input, in a manner similar to FIG. 14 of the printed publication US Pat. No. 4,705,399. The signal VS1, VS2 or VS4, VS3 of the sample-and-hold circuit is formed by two differential amplifiers A14 and A23, respectively, provided in a manner not represented in more detail. However, the signal of the change in intensity is finally fed to the integrating amplifier IA, via which the changeover switch K on the output side is connected.
2 is controlled by the freely selectable but fixed output signal SMODS of the second pulse generator GEN2,
That is, it differs from known circuits in that it is invariant to a predetermined inversion of the mode shift or inversion of the modulation shift.
【0048】たとえば図3または図4に適合して、この
発明に従って修正された回路においては、異なった変調
のずれの干渉は、バイアスにおける変化をもたらすため
に続くということが真である。しかしながら、後者はも
はや回転速度の関数ではなく、むしろその値は一定で、
かつデューティ比に関して荷重された、2つの変調のず
れのバイアス値の平均値に対応する。それにより変調の
ずれにおける変化が制御され、かつそれによりスケール
ファクタ誤差情報が起こる、周波数およびパルス−デュ
ーティ比の誤差は、広い制限内で自由に選択可能であ
り、かつとりわけ知られているので、スケールファクタ
制御は固定された周波数に最適化することができる。It is true that in a circuit modified according to the invention, eg adapted to FIG. 3 or FIG. 4, the interference of different modulation shifts will continue to result in a change in bias. However, the latter is no longer a function of rotational speed, but rather its value is constant,
And corresponds to the average of the bias values of the two modulation shifts, weighted with respect to the duty ratio. Since the errors in frequency and pulse-duty ratio, by which the changes in the modulation shift are controlled and by which the scale factor error information occurs, are freely selectable within wide limits and are known among others: Scale factor control can be optimized for a fixed frequency.
【0049】ディジタル位相ランプ再設定による光ファ
クタ慣性回転速度センサのための公知の実現化例と対照
していみると、この発明は、述べられたロック・イン効
果およびそれとともに結付いたスケールファクタの非直
線性は避けられることと、プロセスのためにより有利で
ある信号はスケールファイバ制御のためにあることと
の、決定的な利点を提供する。In contrast to the known implementations for an optical factor inertial rotational speed sensor with digital phase ramp resetting, the present invention is based on the described lock-in effect and the scale factor associated therewith. Non-linearity is provided, providing the decisive advantage that the signal, which is more advantageous for the process, is for scale fiber control.
【0050】先にジャイロスコープ電子工学のために必
要であるように保持された詳しいEMC測度は、少なく
とも部分的に、避けることができる。Detailed EMC measures previously retained as needed for gyroscope electronics can be avoided, at least in part.
【0051】制御電子工学のディジタル部分において必
要とされる回路上の余分の費用は相対的に低く、かつ現
代式の集積回路の使用において重要ではない。The extra cost on the circuit needed in the digital part of the control electronics is relatively low and is not significant in the use of modern integrated circuits.
【0052】位相変調器PMの変調の範囲はわずかに増
加させられるので、これは、また、アナログドライバ構
成要素における変調のためのいくぶんより高い能力およ
びディジタル−アナログ変換器DAの1ビットだけの分
解能における増加を必要とする。しかしながら、この発
明に従った実現化例のかなりの実際的な利点を考慮し
て、このわずかな余分の費用は無視してよい。Since the modulation range of the phase modulator PM is slightly increased, this also means that there is a somewhat higher capacity for modulation in the analog driver component and only one bit resolution of the digital-to-analog converter DA. Need an increase in. However, given the considerable practical advantages of the implementation according to the invention, this slight extra cost is negligible.
【0053】もし、上に述べられたことおよび前掲の特
許請求の範囲が基本のまたは干渉計動作周波数f0=1/
2t0から始まれば、かつそのその程度まで、回転速度の
測定のためのこの発明に従った装置は、またただわずか
に離調された周波数により動作することが可能であると
明確に述べることができる。If what has been stated above and in the claims above is the basic or interferometer operating frequency f 0 = 1 /
Starting from 2t 0 , and to that extent, it can be stated explicitly that the device according to the invention for measuring the rotational speed can also operate only with a slightly detuned frequency. it can.
【0054】概して、発明の枠組み内に、中央のプロセ
ッサ(CPU)は、市場で入手可能のマイクロプロセッ
サによって実現することができかつ実現される。この発
明の概念から逸脱することなしに、また、「ハードワイ
ヤの」論理において実現化例が可能である。Generally, within the framework of the invention, the central processor (CPU) can and is implemented by a commercially available microprocessor. Implementations are possible without departing from the inventive concept and also in "hardwired" logic.
【図1】再設定信号のランプにこう配における既に説明
された変化を示し、その変化は、変調のずれにおける変
化、すなわち動作モードに依存する。FIG. 1 shows the ramp of the resetting signal the already described change in the gradient, which change depends on the change in the deviation of the modulation, ie the mode of operation.
【図2】低い回転速度の場合における、同様に既に説明
されたロック・イン効果の生成を示す。FIG. 2 shows the generation of the lock-in effect likewise already explained, in the case of low rotational speeds.
【図3】回転速度測定のためのこの発明に従った干渉計
の配置の第1の例示的な実施例を示す。FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of an interferometer arrangement according to the invention for measuring rotational speed.
【図4】図3に従った配置の修正された実施例を示す。FIG. 4 shows a modified embodiment of the arrangement according to FIG.
【図5】図3および図4に従った回路の動作のモードを
説明するために信号の形状を示す。5 shows signal shapes to explain the mode of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4. FIG.
【図6】図3および図4に従った回路の動作のモードを
説明するために信号の形状を示す。FIG. 6 shows signal shapes to explain the modes of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図7】図3および図4に従った回路の動作のモードを
説明するために信号の形状を示す。FIG. 7 shows signal shapes to explain the modes of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図8】図3および図4に従った回路の動作のモードを
説明するために信号の形状を示す。FIG. 8 shows signal shapes to explain the mode of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図9】図3および図4に従った回路の動作のモードを
説明するために信号の形状を示す。FIG. 9 shows signal shapes to explain the modes of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図10】図3および図4に従った回路の動作のモード
を説明するために信号の形状を示す。FIG. 10 shows signal shapes to explain the modes of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図11】図3および図4に従った回路の動作のモード
を説明するために信号の形状を示す。FIG. 11 shows signal shapes to explain the modes of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図12】図3および図4に従った回路の動作のモード
を説明するために信号の形状を示す。FIG. 12 shows signal shapes to explain the modes of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図13】図3および図4に従った回路の動作のモード
を説明するために信号の形状を示す。FIG. 13 shows signal shapes to explain the modes of operation of the circuit according to FIGS. 3 and 4.
【図14】回転速度信号のディジタル処理ならびに変調
のずれ信号およびランプ再設定信号の発生を有する光フ
ァイバ干渉計の、先行技術に対応する、既に説明された
配置を示す。FIG. 14 shows a previously described arrangement, corresponding to the prior art, of a fiber optic interferometer with digital processing of the rotational speed signal and generation of a modulation shift signal and a ramp resetting signal.
AD アナログ−ディジタル変調器 ADD1 ディジタル積分器 ADD2 ディジタル加算器 AM 位相変調器 AP ドライバ増幅器 CPU プロセッサ DA ディジタル−アナログ変換器 FS ファイバコイル GEN1 第1のパルス発生器 GEN2 第2のパルス発生器 IA 前記部増幅器 L 光源 M1 ディジタル積分器 M2 ディジタル積分器 PD 検出器装置 PM 位相変調器 SEL 切換えスイッチ SIA スケールファクタ補正信号 ST1 ビームスプリッタ SYNCD1 第1の同期復調器 SYNCD2 復調器 VA 復調されかつ増幅された出力信号 VD 出力信号 VD′ 増幅された光検出器出力信号 AD analog-digital modulator ADD1 digital integrator ADD2 digital adder AM phase modulator AP driver amplifier CPU processor DA digital-analog converter FS fiber coil GEN1 first pulse generator GEN2 second pulse generator IA said part amplifier L light source M1 digital integrator M2 digital integrator PD detector device PM phase modulator SEL changeover switch SIA scale factor correction signal ST1 beam splitter SYNCD1 first synchronous demodulator SYNCD2 demodulator VA demodulated and amplified output signal VD output Signal VD 'Amplified photodetector output signal
Claims (6)
T1)により発生される2つの光ビームは、ファイバコ
イル(FS)内に反対方向に照射されかつ後で再び一体
にされ、 生じられる干渉パターンは、それの出力信号(VD)が
干渉パターンの光強度に対応する、検出器装置(PD)
に与えられ、 ファイバコイルに置かれた位相変調器(PM)の援助に
よって、2つの光ビームは、複数個の可変信号成分から
組合わせられ、かつ基本周波数F0=1/2T0を有し、そ
こではT0=ファイバコイル(FS)を介した光ビームの
各々の走行時間である、周期的方形信号により変調さ
れ、 変調のずれにおける周期的変化と関連して、第1の信号
成分は、2つの動作モード(AおよびB)の間に、周波
数f0と合わせて2つの逆回転する光ビームの逆方向の交
互の位相シフト(φM)をもたらし、 第2の信号成分は、それの立上がりが各々、走行時間t0
またはt0の整数倍数に対応する接続時間および2つの光
ビームの逆方向でない増分の位相シフトを補償する振幅
増分を有する、階段状ランプ信号であり、 増幅された光検出器出力信号(VD′)は、周波数f0に
よりクロック動作される第1の同期復調器(SYNCD
1)に送られ、 復調されかつ増幅された出力信号(VA)は、アナログ
−ディジタル変換器(AD)に送られ、かつディジタル
化の後でディジタル積分器(M1、ADD1およびM
2)において積分され、かつ第2の信号成分によって光
ビームの逆方向でない位相シフトを補償するために、デ
ィジタル−アナログ変換器(DA)およびドライバ増幅
器(AP)を介して、位相変調器(PM)に与えられ、 モード反転に合わせて増幅された光検出器出力信号(V
D′)を復調し、かつ積分増幅器(IA)を介してディ
ジタル−アナログ変換器(DA)にアナログスケールフ
ァクタ補正信号(SIA)を伝送する、スケールファク
タ補正回路が与えられ、かつそこにおいて、 プロセッサ(CPU)は、第1の同期復調器(SYNC
D1)、アナログ−ディジタル変換器(AD)およびデ
ィジタル積分器(M1、ADD1およびM2)のために
制御および同期化信号を供給し、 そこにおいて、 ディジタル積分器(M1、ADD1およびM2)および
ディジタル−アナログ変換器(DA)の間に、ディジタ
ル加算器(ADD2)が配置され、それには、第2の入
力に、第1のパルス発生器(GEN1)から2つの動作
モード(AまたはB)の間の予め定められたタイミング
により反転することができる変調のずれ信号が与えら
れ、それは、周波数f0によりクロック動作され、かつデ
ィジタル加算器(ADD2)の第2の入力に、第1の動
作モード(A)のための位相のずれ±π/4に対応する
信号および第2の動作モード(B)のための位相のずれ
±3π/4に対応する信号を伝送する、回転速度の測定
のための光ファイバサニャック干渉計。1. A light source (L) which emits light and splits a beam (S).
The two light beams generated by T1) are radiated in opposite directions into the fiber coil (FS) and are subsequently recombined, and the interference pattern produced is such that its output signal (VD) is the light of the interference pattern. Detector device (PD) corresponding to intensity
, The two light beams are combined from a plurality of variable signal components and have a fundamental frequency F 0 = 1 / 2T 0 with the aid of a phase modulator (PM) placed in the fiber coil. , Where T 0 = modulated by a periodic square signal, where T 0 = the transit time of each of the light beams through the fiber coil (FS), and in relation to the periodic variation in the deviation of the modulation, the first signal component is Between the two modes of operation (A and B) results in an alternating alternating phase shift (φ M ) of the two counter-rotating light beams together with the frequency f 0 , the second signal component The rise time of each is the running time t 0
Or a stepped ramp signal having a splice time corresponding to an integer multiple of t 0 and an amplitude increment that compensates for a non-incremental incremental phase shift of the two light beams, the amplified photodetector output signal (VD ′) ) Is a first synchronous demodulator (SYNCD) clocked by the frequency f 0.
1), the demodulated and amplified output signal (VA) is sent to an analog-to-digital converter (AD) and, after digitization, a digital integrator (M1, ADD1 and M).
2) and a phase modulator (PM) via a digital-to-analog converter (DA) and a driver amplifier (AP) for compensating the non-reverse phase shift of the light beam by the second signal component. ), And amplified by the photodetector output signal (V
A scale factor correction circuit is provided for demodulating D ') and transmitting an analog scale factor correction signal (SIA) to a digital-to-analog converter (DA) via an integrating amplifier (IA), and wherein a processor is provided. (CPU) is a first synchronous demodulator (SYNC)
D1), providing control and synchronization signals for the analog-to-digital converter (AD) and the digital integrator (M1, ADD1 and M2), where the digital integrator (M1, ADD1 and M2) and the digital- A digital adder (ADD2) is arranged between the analog converters (DA), at the second input between the first pulse generator (GEN1) and the two operating modes (A or B). Is provided with a modulation shift signal that can be inverted at a predetermined timing of the clock, which is clocked by the frequency f 0 and is fed to the second input of the digital adder (ADD2) in the first operating mode ( A signal corresponding to the phase shift of ± π / 4 for A) and a signal corresponding to the phase shift of ± 3π / 4 for the second operation mode (B). Fiber optic Sagnac interferometer for transmitting and measuring rotational speed.
ィジタル加算器(ADD2)の第2の入力の間に位置さ
れ、かつパルス信号がディジタル加算器(ADD2)の
第2の入力に通過するような方法で動作モード反転に合
わせて第2のパルス発生器(GEN2)により駆動さ
れ、そのパルス信号は、第1の動作モード(A)におい
て位相のずれ±π/4に、かつ第2の動作モード(B)
において位相のずれ±3π/4に対応する、切換えスイ
ッチ(SEL)を含む、請求項1に記載の干渉計。2. A pulse signal is located between the first input of the first pulse generator (GEN1) and the second input of the digital adder (ADD2) and the pulse signal passes to the second input of the digital adder (ADD2). Driven by the second pulse generator (GEN2) in accordance with the operation mode inversion in such a manner, the pulse signal has a phase shift of ± π / 4 in the first operation mode (A) and the second Operation mode (B)
The interferometer according to claim 1, further comprising a changeover switch (SEL) corresponding to a phase shift of ± 3π / 4 at.
波数およびパルス−デューティ比は自由に選択可能であ
る、請求項2に記載の干渉計。3. The interferometer according to claim 2, wherein the operating frequency and the pulse-duty ratio of the second pulse generator (GEN2) are freely selectable.
−デューティ比および/または周波数は、回転速度の関
数として制御することができる、請求項2に記載の干渉
計。4. The interferometer according to claim 2, wherein the pulse-duty ratio and / or the frequency of the second pulse generator (GEN2) can be controlled as a function of the rotational speed.
−デューティ比および/または周波数は、変調周波数f0
により同期化される、請求項2に記載の干渉計。5. The pulse-duty ratio and / or frequency of the second pulse generator (GEN2) is the modulation frequency f 0.
3. The interferometer of claim 2, synchronized by.
号は、スケールファクタ補正信号を供給する復調器(S
YNCD2)のためのクロック信号である、先行請求項
の1つに記載の干渉計。6. The output signal of the second pulse generator (GEN2) is a demodulator (S) which supplies a scale factor correction signal.
Interferometer according to one of the preceding claims, which is the clock signal for YNCD2).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE901001032 | 1990-01-03 | ||
| EP90100103A EP0436052B1 (en) | 1990-01-03 | 1990-01-03 | Fiber optic sagnac interferometer with digital phase resetting for measuring rotation rate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130212A JPH04130212A (en) | 1992-05-01 |
| JPH0726851B2 true JPH0726851B2 (en) | 1995-03-29 |
Family
ID=8203455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2409179A Expired - Lifetime JPH0726851B2 (en) | 1990-01-03 | 1990-12-28 | Fiber-optic Sagnac interferometer for measuring rotational speed |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5116127A (en) |
| EP (1) | EP0436052B1 (en) |
| JP (1) | JPH0726851B2 (en) |
| CA (1) | CA2026961C (en) |
| DE (1) | DE59000320D1 (en) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2660996B1 (en) * | 1990-04-17 | 1992-08-07 | Photonetics | FIBER OPTIC MEASURING DEVICE, GYROMETER, NAVIGATION AND STABILIZATION UNIT, CURRENT SENSOR. |
| DE4034664A1 (en) * | 1990-10-31 | 1992-05-07 | Litef Gmbh | FIBER OPTICAL SAGNAC INTERFEROMETER FOR MEASURING RATE RATE |
| US5412471A (en) * | 1991-03-12 | 1995-05-02 | Mitsubishi Precision Co., Ltd. | Optical gyro with expanded detectable range of input rotation angular velocity and optical waveguide-type phase modulator used in the same |
| EP0551537B1 (en) * | 1992-01-13 | 1995-03-22 | LITEF GmbH | Method and device to measure rotation rate using a fibre optic sagnac interferometer |
| US5400142A (en) * | 1994-05-03 | 1995-03-21 | Alliedsignal Inc. | Fiber optic angular rate sensor including digital phase modulation |
| US5530545A (en) * | 1994-07-29 | 1996-06-25 | Litton Systems, Inc. | Method for reducing random walk in fiber optic gyroscopes |
| EP0809788B1 (en) * | 1995-12-28 | 2005-11-09 | Litton Systems, Inc. | Method for reducing random walk in fiber optic gyroscopes |
| US5850286A (en) * | 1997-05-12 | 1998-12-15 | Litton Systems, Inc. | Fiber optic gyro with optical intensity spike suppression |
| US5883716A (en) * | 1997-07-15 | 1999-03-16 | Litton Systems, Inc. | Rate control loop for fiber optic gyroscope |
| US7336364B2 (en) * | 2005-11-29 | 2008-02-26 | Honeywell International, Inc. | Minimal bias switching for fiber optic gyroscopes |
| US7515272B2 (en) | 2006-03-17 | 2009-04-07 | Honeywell International Inc. | Digital feedback systems and methods for optical gyroscopes |
| CN116045947B (en) * | 2023-03-31 | 2023-05-30 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | Method for demodulating fiber optic gyroscope based on multistage integral circuit and fiber optic gyroscope |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2555739B1 (en) * | 1980-11-07 | 1986-04-04 | Thomson Csf | DEVICE FOR MEASURING A NON-RECIPROCAL PHASE GENERATED IN A RING INTERFEROMETER |
| FR2566133B1 (en) * | 1984-06-14 | 1986-08-29 | Thomson Csf | DEVICE FOR MEASURING A NON-RECIPROCAL PHASE GENERATED IN A RING INTERFEROMETER |
| IN172200B (en) * | 1987-03-27 | 1993-05-01 | Kollmorgen Corp | |
| FR2636425B1 (en) * | 1988-09-14 | 1990-11-30 | Photonetics | FIBER OPTIC MEASUREMENT DEVICE, GYROMETER, NAVIGATION AND STABILIZATION UNIT |
-
1990
- 1990-01-03 DE DE9090100103T patent/DE59000320D1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-01-03 EP EP90100103A patent/EP0436052B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-10-04 CA CA002026961A patent/CA2026961C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-24 US US07/633,420 patent/US5116127A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-28 JP JP2409179A patent/JPH0726851B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2026961C (en) | 1995-11-21 |
| US5116127A (en) | 1992-05-26 |
| EP0436052B1 (en) | 1992-09-23 |
| DE59000320D1 (en) | 1992-10-29 |
| JPH04130212A (en) | 1992-05-01 |
| CA2026961A1 (en) | 1991-07-04 |
| EP0436052A1 (en) | 1991-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2514474B2 (en) | Fiber-optic Sagnac interferometer for measuring rotational speed | |
| US5181078A (en) | Fiber optic measuring device, rate gyro, navigation and stabilization system, and current sensor | |
| JP6404656B2 (en) | Method and apparatus for tracking / rocking the free spectral range of a resonator and its application to a resonator fiber optic gyroscope | |
| US5684591A (en) | Fiber optic gyroscope with reduced non-linearity at low angular rates | |
| US5133600A (en) | Method and apparatus for demodulating the rotation rate signal of a fiber optic gyroscope | |
| JPH0680405B2 (en) | Light fiber gyro | |
| US4948252A (en) | Sub-tau phase modulation in a fiber-optic rotation sensor | |
| JPH0726851B2 (en) | Fiber-optic Sagnac interferometer for measuring rotational speed | |
| US5237387A (en) | Dual serrodyne resonator fiber optic gyroscope | |
| US5363195A (en) | Automatic gain calibration system for a phase modulator in a fiber optic gyro | |
| EP0416531A2 (en) | Serrodyne resonator fiber optic gyroscope and method for operating it | |
| EP0507536B1 (en) | Ring resonator gyroscope | |
| US5268740A (en) | Fiber optic Sagnac interferometer with carrier frequency reduced output for measuring a rate of rotation | |
| EP0501461B1 (en) | Fiber optic gyro | |
| JPH0352003B2 (en) | ||
| EP3617648B1 (en) | Hyperbolic modulation offset error reducer for an rfog | |
| US5280339A (en) | Closed loop fiber optic gyroscope with fine angle resolution | |
| JPH05508222A (en) | Single-stage demodulator using reference signal phase fluctuation method | |
| JP2964217B2 (en) | Fiber optic gyro | |
| EP0492580B1 (en) | Fiber optic gyro | |
| JPH0721415B2 (en) | Rotational angular velocity detector | |
| JPH10132578A (en) | Optical fiber gyroscope | |
| JP2557658B2 (en) | Optical interference gyro | |
| JPH0643898B2 (en) | Optical interference gyro | |
| JPH04369421A (en) | Optical fiber gyro |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19950912 |